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Title: Evaluación teórica-experimental del cambio de temperatura en tejido por efecto fototérmico plasmónico del sistema 177Lu-AuNP-RGD
Authors: ANDRES CARRILLO CAZARES 
Keywords: propiedades ópticas;teoría mie;nanopartículas de oro;termoterapia;incremento temperatura;tejido;177lu-aunp-rgd;info:eu-repo/classification/cti/2
Publisher: Universidad Autónoma del Estado de México
Description: The working group of National Laboratory of Research and Development of Radiopharmaceuticals (LANIDER) from ININ has developed radiopharmaceuticals for diagnosis and therapy at last for the last 20 years. Recently it developed a radiopharmaceutical based on gold nanoparticles (AuNPs) functionalized with the peptide sequence Arg-Gly-Asp (RGD). The RGD sequence has shown a high affinity for avB3 integrins over-expressed in various cancer cells. When AuNPs are exposed to electromagnetic radiation as laser light, the surface plasmon resonance (SPR) effect is induced, in which the free electrons absorb and disperse to light. These processes are described by Mie theory, which determines the probability of the process by its effective sections Cabs and Csca and considers the sum of these as effective extinction section Cext. Cabs is directly related to the heat production generated by the AuNP (with a temperature range of -+ 800 C) and has been shown to cause irreversible thermal cell destruction due to uncontrolled temperature increase, a process called Plasma Photothermal Therapy. Therefore, the overall objective of this project was to theoretically evaluate the change in tissue temperature by the presence of the AuNP-RGD conjugate when irradiated with laser light using a heat diffusion model that considers the absorption, dispersion and extinction coefficients of the system. Likewise, the theoretical value was correlated with the experimental value obtained when irradiating the system with laser light of 532 nm. The development of this project was planned in two phases, one theoretical and one experimental. In the first, Cabs , Csca and Cext were determined by Mie theory, considering the AuNP-RGD in water and tissue (Liver and Colon). In the second, samples of AuNP-RGD were irradiated in water and tissue with a pulsed Nd: YAG laser at a wavelength of 532nm and variable repetition frequencies (5, 10 and 15 Hz) and temperature was monitored every second using a thermocouple, temperature vs time graphs were constructed and a model of temperature distribution was proposed between the theoretical and experimental data. From Mie theory it was determined that Cext obtained at 532nm for different samples does not represent the maximum value, otherwise, for AuNP-RGD in water, colon and liver are respectively 94%, 98% and 96% of their maximum value obtained at 522.5 nm and 525 nm. From experimental part, it was determined that temperature increase at macroscopic level is about 13 C with a concentration of 6.54x1011 AuNP /mL after an irradiation of 200s at a 10Hz frequency and after 90s at 15 Hz frequency. Using temperature vs time curves a temperature model was constructed based on theoretical values of Cabs and a mass loss correction factor describing the behavior at the macroscopic level of the system. As a conclusion of this project, we have that calculations of Cabs , Csca and Cext for (AuNP-RGD)-water, (AuNP-RGD)-colon and (AuNP-RGD)-liver help to understand temperature increase observed when they are irradiated with laser light at 532 nm. Observed temperature increase was approximately 13 °C which is sufficient to produce cell death by plasmonic photothermal therapy.
El grupo de trabajo del Laboratorio Nacional de Investigación y Desarrollo de Radiofármacos (LANIDER) del ININ desarrolla desde hace más de 20 años radiofármacos para diagnóstico y terapia. Recientemente desarrolló uno basado en nanopartículas de oro (AuNPs) funcionalizadas con la secuencia peptídica Arg-Gly-Asp (RGD). La secuencia RGD ha mostrado una gran afinidad por las integrinas avB3 sobre expresadas en diversas células de cáncer. Cuando las AuNPs se exponen a radiación electromagnética como luz láser, se induce el efecto de resonancia de plasmón de superficie (SPR), en este, los electrones libres absorben y dispersan a la luz. Estos procesos son descritos por la teoría de Mie, la cual determina la probabilidad del proceso mediante sus secciones eficaces Cabs y Csca, y considera a la suma de éstas como la sección eficaz de extinción Cext. La 𝐶𝑎𝑏𝑠 está directamente relacionada con la producción de calor que genera la AuNP (con un alcance de temperatura de +- 800 grados centigrados ) y se ha demostrado que causa destrucción celular térmica irreversible por el aumento incontrolado de temperatura, proceso denominado Terapia Fototérmica Plasmónica. Por lo anterior, el objetivo general de este proyecto fue evaluar teóricamente el cambio de temperatura en tejido por la presencia del conjugado AuNP-RGD al ser irradiado con luz láser mediante un modelo de difusión de calor que considera los coeficientes de absorción, dispersión y extinción del sistema. De igual manera, el valor teórico se correlacionó con el valor experimental obtenido al irradiar dicho sistema con luz láser de 532 nm. El desarrollo de este proyecto se planteó en dos fases, una teórica y una experimental. En la primera, se determinaron los Cabs , Csca y Cext mediante teoría Mie, considerando a las AuNP-RGD en agua y tejido (hígado y colon). En la segunda se irradiaron muestras de AuNP-RGD en agua y tejido con un láser pulsado de Nd:YAG a una longitud de onda de 532 nm y frecuencias de repetición variables (5, 10 y 15 Hz) y se monitoreó la temperatura cada segundo usando un termopar, se construyeron las gráficas de temperatura vs tiempo y se planteó un modelo de distribución de temperatura ente los datos teóricos y los experimentales. De la teoría Mie se determinó que el Cext obtenido a 532 nm para las diferentes muestras no representa el valor máximo, sino, el 94%, 98% y 96% de su valor máximo para AuNP-RGD en agua, colon e hígado respectivamente, obtenidos a 522.5 nm y 525 nm. En la parte experimental se determinó que el incremento de temperatura a nivel macroscópico después de una irradiación de 200 s a una frecuencia de 10 Hz ó 90 s a una frecuencia de 15 Hz es alrededor de 13°C para una concentración de 6.54x1011AuNP/mL. A partir de las curvas de temperatura vs tiempo se construyó un modelo de una temperatura basado en los valores teóricos de Cabs y un factor de corrección por pérdida de masa que describe el comportamiento a nivel macroscópico del sistema. Como conclusión de este proyecto tenemos que los cálculos de los Cabs, Csca y Cext para (AuNP-RGD)-agua, (AuNP-RGD)-colon y (AuNP-RGD)-hígado ayudan a entender el incremento de temperatura observado cuando son irradiados con luz láser de 532 nm. El incremento de temperatura fue suficiente para producir muerte celular por terapia Fototérmica Plasmónica.
CATEDRÁS-CONACyT-ININ-337 CONACYT-SEP-CB-2014-01-242443.
Other Identifiers: http://hdl.handle.net/20.500.11799/68705
Rights: info:eu-repo/semantics/openAccess
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
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